我一直搞不懂,没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的?

1⃣️飞航在太空(真空环境下)向某方向飞行,靠的是地面火箭发射,而必须要保证第一宇宙7.8mk/S的速度才能飞出地球大气层,这个就要根据火箭的总重量与喷火推力相一致,过快了会飞出地球轨道,飞慢了又冲不出地球引力。

2⃣️太空无氧不会燃烧,但是火箭就带有助燃剂、火能燃烧后会发生气体膨胀的力,而火箭发动机就计算好燃烧量等于推动的力,将这个喷火口放在尾部便会产生火箭向前的推动速度。

3⃣️X光机的真空管内,装了旋转阳极(钨靶),通电旋转后再关闭电源,能在无阻力下旋转近10分钟,如果打破这个真空玻璃管,让它在大气阻力环境中怎么也运转不到几分钟。这说明火箭在进入太空失重的环境后,飞船只要给予与地球上相同的喷火力其速度就更快。通过比较飞行器入月亮与入火星的喷火力和延时喷火是决定入轨速度的。嫦娥五号落月时便在前方适量喷火减小下落速度,没有这些推动的反作用力就不能控制飞行速度。

4⃣️轻轻把皮球放下,它会禁止不动,如果加力下击皮球它就会发生反弹的作用力,同理,火箭的喷火过大会爆炸,过小了达不到宇宙速度就飞不出星球的引力。太空舱对接,就是用点火时长控制7.8Km/S飞行的太空舱能最后缓慢对接的。

5⃣️如果宇航员出舱太空行走而没有绳子拴住离开了飞船,在无喷火装置条件下,就成了太空行走的垃圾,回不了太空舱。

谢谢!

我一直搞不懂,没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的?

在牛顿第三运动定律中指出的作用力与反作用力,相信大家都是非常熟悉的了。在日常生活中,作用力与反作用力可以说是无处不在,比如说我们平常走路的时候,实际上就是我们的脚给了地面施加了作用力,然后利用地面提供的反作用力前进。

类似的例子还有很多,这里就不再一一列举了,时至今日,人类对反作用力的利用早已不是局限于地面上的行动了。其中最令人骄傲的就是,我们制造出了可以进入外太空的宇宙飞船,完成了自古以来人类就一直期待的飞天梦想。

我们都知道,宇宙飞船的动力来自于自身的火箭发动机,而且火箭发动机的推力也是来自于反作用力。于是一个让人困惑的问题就出现了,在地球的大气层里,火箭发动机向后喷气,空气就会给宇宙飞船提供反作用力,但是太空里没有空气,不能提供反作用力,宇宙飞船又是怎么前进的?

没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的?

关于这个问题,我们可以用一个简单的实验来加以说明,下面有请这次实验的主角——小明出场。

现在小明穿上了溜冰鞋,并且站在光滑的滑冰场内,同时他的手中还有一个篮球。小明的实验目标是让自己移动一段距离,条件是只能利用手中的篮球传递给自己的力,而且篮球不能与其他物体接触。为了达到这个目的,小明是这样做的。

刚开始的时候,不管小明怎么挥舞这个篮球,他都无法移动,但后来小明忽然想通了,只见他将手中的篮球用力地向正前方扔了出去,不出意外的话,这时你就会观察到,在篮球被小明扔出去的同时,小明也在向后退行。

好的,现在实验做完了(小明同学你已经成功了,可以退下了),现在我们来分析一下这个实验结果告诉了我们什么原理。

牛顿告诉我们,只有两个独立的物体之间,才会产生作用力与反作用力,因此,当小明挥舞手中篮球的时候,实质上他和这个篮球可以看成是一个物体,那么小明当然无法从中获得反作用力了。而当小明扔出篮球的时候,小明和篮球就变成了两个独立的物体,根据牛顿第三运动定律,在这个时候,蓝球就会给小明一个反作用力,从而导致了小明向后退行。

同样的道理,因为太空里没有空气,不能提供反作用力,所以当宇宙飞船在太空中飞行时,宇宙飞船前进动力的来源就是,火箭发动机向后喷出的物质所提供的反作用力。为了方便理解,我们可以将宇宙飞船比做上述实验中的小明同学,而将宇宙飞船向后喷出的物质,比做小明手中的篮球,这样我们就可以很清楚地了解到,在太空中宇宙飞船是怎么前进的了。

我们利用这种方式进行推进的发动机,称之为工质发动机,它必须利用可以实现热能和机械能互相转化的工作物质才可以得到推力。我们可以看到,这种发动机需要携带大量的推进工质,这无疑是人类探索外太空的一个巨大的障碍。

所以科学家们都对无工质发动机相当感兴趣,对此,英国工程师罗杰.索耶(Roger.Shawyer)曾经提出了一种无工质发动机的模型,即电磁驱动装置(EmDrive),据称该装置可以利用大量的电磁波,在一个封闭的容器里产生动力。

电磁驱动装置因严重违反了牛顿第三定律而饱受质疑,然而奇怪的是,在实验过程中研究人员发现,这种装置的原型机似乎真的可以提供极其微小的动力。可以想象的是,如果该装置可以在宇宙飞船上得到有效应用,那么必定是人类航天史的一个重大突破。

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我一直搞不懂,没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的?

首先厘清一个概念,“喷气式发动机”一般指用于大气层的航空发动机,但题目中明显指的是用于太空的发动机,用于太空的发动机通常称为“火箭发动机”。两者的结构和工作原理是不同的,不过两者都是借助反作用力,都向外喷气。为了顺应题目,因此在本文中,我们用“喷气发动机”这一名词粗略地指代火箭发动机,有时也指航空发动机。

反作用力的实质和产生条件,反作用力的产生与是否真空无关。

的确,反作用力必须产生于两个以上的物体之间,一个物体是产生不了反作用力的(当然也不会产生作用力,作用力和反作用力总是成对出现)。如果不借助外物外力,一个物体内部的力再大,也不会使物体相对外部运动。除非有物质脱离物体,这些物质就会成为另一个独立的物体,可以对原来物体施加反作用力。

真空中确实没有实物粒子可供借力,但处于真空中的物体可以自己不断向外抛射物质,这些被拋射的物质就会对物体施加反作用力。真空就是空间,本身并不提供反作用力,提供反用力的是这些处于真空中的物质,而不是真空本身,这些物质才是最重要的。

喷气发动机就是利用向外喷射燃烧后的尾气物质提供的反作用力,来推动飞船前进。

当然,处于地球大气层的喷气式客机,除了借助向外喷射的尾气产生的反作用力,还借助大气层中空气的反作用力。我们不妨把地球的大气层看作是存在着气体分子的“真空”,或者看作是真空中存在着气体分子等物质。不论是喷气式发动机向外喷射的尾气物质,还是空气分子,它们都可以看作是放置在真空中的物质。因此处于没有空气的太空中的飞船与处于大气层的喷气飞机一样,照样能利用反作用力,只不过太空中不能依靠空气,只能依靠火箭发动机喷射的尾气物质。这些物质当然都是火箭飞船自己携带的燃料产生的。

喷气发动机(火箭发动机)之所以携带能够高效燃烧且释放高能的燃料,是因为必须通过燃烧才能最终产生向外喷射尾气的动力。在拋射尾气的同时,获得了尾气提供的反作用动力,最终推动飞船和宇航员在没有空气的太空中遨游。

我一直搞不懂,没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的?

我一直搞不懂,没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的?

这个问题不难懂。

1、喷气发动机所谓反推前进,实际上指的是在有大气存在的情况下。到了太空中,基本上是高度真空,因此反推前进就不存在了。

2、在太空中,发动机喷气前进,依靠的并不是反推前进,而是动量守恒。一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律。通俗地说,火箭发动机向后喷出气体质量和速度的乘积,等于火箭获得前进速度和火箭质量的乘积,也就是说,向后喷出气体越多、速度越快,则火箭向前的速度也就越快。

当然了,再大的火箭,携带的燃料也有限,因此不可能长时间大剂量的向后喷气体,因此,喷气发动,只适用于其中小部分过程。

火箭

3、火箭能长时间运行在太空中,大部分依靠的还是惯性。牛顿第一定律表明,一切物体在没有受到力时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。换句话说,假若施加于物体的合外力为零,则物体

的运动速度为常数。火箭通过喷气获得一定速度后,在太空中基本没有什么阻力,因此喷气关闭后,火箭仍会以原来的速度匀速直线运动,靠的就是惯性。

4、在火箭发射中,除了反冲、动量变换、惯性,有的时候还需要所谓引力弹弓。所谓引力弹弓,就是人为地使火箭途径某些质量巨大的天体附近区域,通过这些天体的引力获得对火箭的加速。这种技术用得好了,可以节省大量的动力。

我一直搞不懂,没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的?

向天空发射飞船,因为是真空环境,所以使用火箭,也叫火箭喷气发动机。

区别于空气喷漆发动机,后者只带燃料不带氧化剂,前者既带燃料又带氧化剂。空气喷气发动机的燃料燃烧需借助空气,火箭的燃料燃烧不需要借助空气,这是空气喷气发动机不能进入太空,而火箭喷气发动机能进入太空的原因。

应该明白,二者能飞行跟空气都没关系,或者说都不是利用空气的反作用力,而是利用燃料燃烧产生的燃气的推力飞行的。大家可以将它们的燃烧室想象成一个圆柱形的容器,飞行器沿其轴线方向飞行。燃烧室只在后面留有喷口,其他部分都是封闭的。燃料在燃烧室内燃烧,生成高温高压的燃气,燃气急剧膨胀,只能从后部的喷口喷出,其他方向都受到阻碍,会对燃烧室产生压力。其中侧壁受力平衡,不影响飞行,前部受到的压力就是飞行器前进的动力。可见,只要飞行器携带的燃料能燃烧,外界有没有空气都能飞行,并且,有空气还要受到空气阻力,没有空气飞行的更容易。

我一直搞不懂,没有反作用力的真空环境中是如何利用喷气式发动机来推动飞船或者宇航员的?

太空是真空的理论已经过时了,太空不是真空,喷气发动机无法在绝对真空中飞行。气压越低,物质的熔点沸点就越低,在绝对真空,空间气压为零,任何物质都会熔化沸腾,分解为微小的粒子。

你站在地球上,你的脚对地球施加向下加速的力,地球就对你产生一个向上加速的反作用力,让你跳起来。地球在太空中,你对地球施加向下加速的力后,地球不是先碰撞到下面的天体后,再给你向上的反作用力。让你跳起来的反作用力,来源于是地球的惯性。

同理!喷气发动机的向前加速的反作用力,来源于喷气粒子的惯性,发动机对喷气粒子施加一个向后加速的力,喷气粒子就对发动机产生一个向前加速的力。

喷气发动机的推力,与发动机内部压力和外部空间压力的压力差大小有关,与气体的喷射速度和喷射量有关,与气体喷出后所撞上物质的质量大小无关。比如,你扔一个铅球,铅球给你的反作用力,与这个铅球扔出去,所撞到物体的质量大小是没有关系。

你去太空中扔铅球,铅球也会对你产生反作用力,喷气发动机在太空中喷粒子,粒子会对发动机产生反作用力。

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